مع اشتداد الاهتمام العالمي بتغير المناخ وتقدم استراتيجيات تحييد الكربون، أصبحت الطاقة الشمسية حجر الزاوية في جدول أعمال الطاقة النظيفة العالمي. وباعتبارها مصدراً نظيفاً ومتجدداً للطاقة، فإنها تلعب دوراً رئيسياً في التحول في مجال الطاقة.
- وفقًا للبيانات التي نشرتها الجمعية الكيميائية الأمريكية (منشورات الجمعية الكيميائية الأمريكية)، زادت القدرة الكهروضوئية العالمية المركبة من 4 جيجاوات في عام 2000إلى 760 جيجاوات في عام 2020تمثل ما يقرب من 4% من توليد الكهرباء العالمية. (الببليوغرافيا)
- وفقًا لبيانات من عالمنا في بياناتاستنادًا إلى إحصائيات من الوكالة الدولية للطاقة المتجددة، بلغت السعة الشمسية المركبة التراكمية العالمية المركّبة 1,422 جيجاوات بحلول نهاية عام 2023. (الببليوغرافيا)
- إن برنامج أنظمة الطاقة الكهروضوئية التابع للوكالة الدولية للطاقة (IEA-PVPS)ذكرت أنه بحلول نهاية 2024، بلغت السعة الشمسية التراكمية العالمية ما يقرب من 2,246 غو (2.25 ت.و). (الببليوغرافيا)
- إسقاطات من إلسيفير (ScienceDirect)تشير التقديرات إلى أن الطاقة الشمسية المركبة العالمية ستتجاوز 5,000 جيجاوات بحلول عام 2050. (الببليوغرافيا)
بمتوسط عمر تشغيلي يبلغ 20 – 30 سنة، من المتوقع أن تدخل الأنظمة الكهروضوئية المبكرة التي تم تركيبها في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين في مرحلة وقف التشغيل على نطاق واسع بين 2025-2035. بواسطة 2050، قد تتجاوز النفايات الكهروضوئية العالمية 78 مليون طن متري 78 مليون طن متري، مما يثير تحديات كبيرة في استعادة الموارد والإدارة البيئية وتنظيم السياسات. (الببليوغرافيا)
التحديات والمخاطر البيئية في إعادة تدوير الألواح الشمسية
تحديات إعادة التدوير
- البنية المعقدة: تتألف الألواح الكهروضوئية من إطارات من سبائك الألومنيوم والزجاج المقسّى والخلايا الشمسية القائمة على السيليكون ومغلفات EVA وصفائح خلفية من البوليمر وكميات ضئيلة من المعادن الثمينة (مثل الفضة)، مما يجعل فصل المواد صعبًا من الناحية التقنية.
- المواد عالية القيمة المهملة: لا تستعيد معظم عمليات إعادة التدوير الحالية سوى الألومنيوم والزجاج - وهو ما يمثل حوالي 801 تيرابايت و3 أطنان من كتلة اللوحة - في حين أن المواد القيمة مثل الفضة والنحاس والسيليكون غالبًا ما يتم التخلص منها أو فقدانها أثناء المعالجة.
- مواد تغليف مترابطة بإحكام: طبقات EVA متشابكة كيميائياً ويصعب تفكيكها، مما يعقد عملية التفكيك ويزيد من تكاليف المعالجة.
- المكونات السامة: قد تحتوي الوحدات القديمة على مواد خطرة مثل الرصاص والكادميوم، والتي تشكل مخاطر تلوث للتربة والمياه إذا تم التعامل معها بشكل غير صحيح.
- كفاءة يدوية منخفضة: التفكيك اليدوي يتطلب عمالة كثيفة ومكلف وغير مناسب للعمليات واسعة النطاق.
انخفاض معدلات إعادة التدوير والمخاطر البيئية
- في الولايات المتحدة، فقط حوالي 10%من الألواح الكهروضوئية التي تم إيقاف تشغيلها يعاد تدويرها؛ ومعظمها طمرها في الأرض أو حرقها.
- ترشيح المعادن الثقيلةمن الألواح غير المعالجة يمكن أن تؤدي إلى أضرار بيئية طويلة الأجل وتشكل مخاطر على صحة الإنسان.
الاختناقات التقنية والاقتصادية في إعادة تدوير الوحدات الكهروضوئية
| الطريقة | المزايا | القيود |
| الميكانيكية | منخفضة التكلفة وبسيطة التشغيل | فصل غير مكتمل، نقاء منخفض للمواد |
| حراري (الانحلال الحراري) | إزالة المواد المغلفة بفعالية | ارتفاع استهلاك الطاقة وكثافة المعدات |
| المواد الكيميائية | معدل استرداد مرتفع، نقاء جيد للمواد | باهظة الثمن وصعبة التحكم في التلوث |
عرض الطرق
تحديات العملية والعوائق طويلة الأجل
| الفئة | القضايا الحالية | التحديات المستمرة |
| عملية الفصل | تركيبة المواد المعقدة؛ من الصعب تفكيكها | لا يزال يعتمد على الفرز الدقيق اليدوي أو المكلِّف |
| الكفاءة الحرارية | المعدات التقليدية تبلى بسرعة | غير فعالة للوحدات ذات الحجم الكبير والصلابة العالية |
| إدارة التكاليف | ارتفاع التكاليف المتكاملة (التفكيك والنقل والفرز) | هامش ربح منخفض؛ حوافز ضعيفة مدفوعة بالسوق |
تشير الأبحاث إلى أن إعادة تدوير وحدة كهروضوئية من السيليكون البلوري تكلف حوالي $15-45في حين أن تكلفة التخلص من النفايات في مدافن النفايات $1-5. أصبح الافتقار إلى الحوافز الاقتصادية أحد العوائق الرئيسية التي تحول دون تطوير نظام عالمي لإعادة التدوير الكهروضوئي. (ببليوغرافيا)
حل إعادة تدوير التقطيع: الدور المركزي لـ آلة التقطيع ذات العمود المزدوج
خلال مرحلة ما قبل المعالجة، تعمل آلات التقطيع ثنائية العمود كتقنية بالغة الأهمية لتمكين استرداد المواد بكفاءة.
- عزم دوران عالي وسرعة منخفضة: يقلل من توليد الغبار ويقلل من تآكل المعدات.
- قابلية التكيف متعددة الاستخدامات: قادرة على تمزيق الهياكل المركبة متعددة الطبقات مثل الزجاج والإطارات المعدنية وأغشية البوليمر.
- حجم الإخراج الموحد: يسهل عمليات الفصل النهائية بما في ذلك الفرز المغناطيسي والهوائي والفرز بالتيار الدوامي.
تكوين المعدات الأساسية
| المكوّن | وصف الوظيفة |
| آلة التقطيع ذات العمود المزدوج | التقطيع الأولي بعرض حجم الجسيمات 40-60 مم |
| نظام التحكم الذكي (PLC) | الرجوع التلقائي/آلية منع التشويش التلقائي/آلية منع التشويش التلقائي/آلية منع التسخين التلقائي |
| شفرات من سبيكة مقاومة للاهتراء | سبيكة فولاذ D2 أو سبيكة صلبة مخصصة |
معدات مساعدة اختيارية (لتحسين كفاءة الاسترداد)
| المعدات المساعدة | الوظيفة |
| كسارة | زيادة تقليل المواد إلى الحجم المستهدف (10-50 مم) |
| فاصل مغناطيسي | استخراج المعادن الحديدية المغناطيسية (مثل الإطارات الفولاذية والبراغي) |
| فاصل التيار الدوامي | فرز المعادن غير الحديدية (مثل الألومنيوم والنحاس والفضة) |
| الحزام الناقل | نوع السلسلة البلاستيكية أو المعدنية؛ التغذية التلقائية والتحكم في سرعة التفريغ |
| نظام تجميع الغبار | يمنع التلوث المحمول جواً والمخاطر البيئية الثانوية |
| غربال اهتزازي + مصنف هوائي | يفصل المواد خفيفة الوزن (البلاستيك وشظايا EVA) عن الزجاج |
الركائز الاستراتيجية لبناء نظام عالمي لإعادة التدوير الكهروضوئي: التكنولوجيا والسياسة والتعاون
بينما يقترب قطاع الطاقة الشمسية العالمي من موجة وقف تشغيل الوحدات الكهروضوئية، يواجه العالم تحديات بيئية وموارد ملحة. ويشكل ذلك حلاً أمامياً حاسماً, آلة التقطيع ذات العمود المزدوج تعزيز كفاءة المعالجة وتمكين استعادة المواد عالية القيمة. وينبغي للبلدان تعزيز أطر السياسات، والاستثمار في تكنولوجيا إعادة التدوير، وبناء نظم قوية للجمع والاسترداد لتحقيق الإمكانات الدائرية الكاملة للطاقة الخضراء.
ملاحظات إضافية:
المواد القابلة لإعادة التدوير في الوحدات الكهروضوئية
المكوّن المادي |
حصة الوزن |
القيمة القابلة لإعادة التدوير |
التطبيق/الملاحظات |
| زجاج | ~70% | معتدل | يمكن إعادة تدويرها إلى زجاج ثانوي أو مواد بناء |
| إطار من الألومنيوم | ~10% | عالية | إعادة الصهر لإعادة الاستخدام؛ قيمة اقتصادية عالية |
| خلايا السيليكون | ~5-6% | مرتفع نسبيًا | يمكن تنقية السيليكون عالي النقاء وإعادة استخدامه |
| الفضة (الأقطاب الكهربائية) | ~0.05% | عالية جداً | معدن عالي القيمة لإعادة البيع أو إعادة التصنيع |
| نحاس (أسلاك) | ~1% | عالية | قابلة للاسترداد عن طريق الصهر |
| بلاستيك EVA/الصفائح البلاستيكية الخلفية | ~10% | محدودة | صعوبة إعادة الاستخدام؛ الاستعادة الحرارية أو التكسير الكيميائي |
| الرصاص/الكادميوم/الكادميوم/الكروم/النيكل | ~<0.1% | خطرة | غير قابلة لإعادة التدوير؛ يجب احتواؤها لمنع التسرب |
مسارات الإيرادات المتنوعة في إعادة التدوير الكهروضوئية
| مصدر الإيرادات | الوصف |
| إيرادات مبيعات المواد | المفتاح: إطارات من الألومنيوم (حوالي 60-701 تيرابايت 3 تيرابايت من القيمة)؛ ثانوي: نحاس/فضة |
| الإعانات الحكومية | ائتمانات الكربون أو الحوافز المالية في العديد من البلدان |
| العلامة التجارية البيئية والاجتماعية وحوكمة الشركات | تعزز المشاركة من تصنيفات الشركات المصنعة في مجال الحوكمة البيئية والاجتماعية والمؤهلات الخضراء |
| التعميم المادي | يمكن إعادة إدخال المواد المعاد تدويرها في الإنتاج الكهروضوئي الجديد (حلقة مغلقة) |